El calor utilizado para transformar antiskyrmions en skyrmions y viceversa.

Los skyrmions y antiskyrmions, que son texturas que existen dentro de materiales magnéticos especiales que involucran el espín de los electrones en el material, son un área activa de investigación, ya que pueden usarse, por ejemplo, para dispositivos de memoria de próxima generación, con skyrmions actuando como un «1» bit y antiskyrmions un bit «0». En el pasado, los científicos podían moverlos de diversas formas, creando transformaciones entre ellos mediante una corriente eléctrica. Sin embargo, debido a que los dispositivos electrónicos actuales consumen energía eléctrica y producen calor residual, los investigadores del grupo, dirigido por Xiuzhen Yu en el Centro RIKEN para la ciencia de la materia emergenteDecidieron ver si podían encontrar una manera de crear transformaciones utilizando gradientes de calor.

Según Yu, «Dado que aproximadamente dos tercios de la energía producida por las centrales eléctricas, los automóviles, los incineradores y las fábricas se desperdicia en forma de calor, pensamos que sería importante intentar crear transformaciones entre skyrmions y antiskyrimions, algo que ya se había hecho anteriormente. usando corriente eléctrica, usando calor”.

Para llevar a cabo la investigación, publicada en Comunicaciones de la naturalezaLos investigadores utilizaron un haz de iones enfocado, un sistema de fabricación extremadamente preciso, para crear un microdispositivo a partir del imán monocristalino (Fe0,63Ni0,3Pd0,07) 3P, compuesto de átomos de hierro, níquel, paladio y fósforo, y luego utilizaron Microscopía de barrido de Lorentz: un método avanzado para examinar las propiedades magnéticas de materiales a escalas muy pequeñas.

Una flecha de Spintronics que gira en sentido antihorario alrededor de una esfera. Líneas de campo magnético indicadas en rojo.

Lo que encontraron es que cuando se aplicó un gradiente de temperatura al cristal simultáneamente con un campo magnético, a temperatura ambiente, los antiskyrmions dentro de él primero se transformaron en burbujas no topológicas (un tipo de estado de transición entre skyrmions y antiskyrmions) y luego a skyrmions. , a medida que aumentaba el gradiente de temperatura. Luego permanecieron en una configuración estable como skyrmions incluso cuando se eliminó el gradiente térmico.

Este fue un hallazgo consistente con las expectativas teóricas, pero un segundo hallazgo sorprendió al grupo. Según Fehmi Sami Yasin, investigador postdoctoral del grupo de Yu, «nos sorprendió descubrir también que cuando no se aplicaba el campo magnético, el gradiente térmico provocaba una transformación de skyrmions en antiskyrmions, que también permanecían estables en el material».

«Lo que es muy interesante acerca de esto», continúa, «es que significa que podemos usar un gradiente térmico (básicamente usando calor residual) para impulsar una transformación entre skyrmions y antiskyrmions, dependiendo de si se aplica o no un campo magnético. Es particularmente significativo que pudiéramos hacer esto a temperatura ambiente. Esto podría allanar el camino para un nuevo tipo de dispositivo de almacenamiento de información, como los dispositivos de memoria no volátil que utilizan calor residual».

Según Yu, «Estamos muy entusiasmados con su descubrimiento y planeamos continuar nuestro trabajo para manipular skyrmions y antiskymions de formas nuevas y más eficientes, incluido el control térmico del movimiento antiskyrmion, con el objetivo de construir dispositivos termoespintrónicos y otros espintrónicos actuales. que se puede utilizar en nuestra vida diaria. Para fabricar mejores dispositivos necesitamos explorar cuidadosamente varios diseños y geometrías de dispositivos».